近日，由深圳大學/四川大學謝和平院士團隊與東方電氣集團聯合打造的全球首個海上風電無淡化海水原位直接電解制氫原理技術裝備在福建海試成功。本次開展的海上風電和海水無淡化直接制氫耦合技術的海上中試示范，連續穩定運行超過240小時。首次成功驗證了由中國科學家原創的海水無淡化原位直接電解制氫原理與技術在真實海洋環境下，3-8級大風、0.3-0.9米海浪強干擾下的依托海上風電實施無淡化海水直接電解制氫的可靠性，構建了與再生能源相結合的一體化海水直接制氫氫工廠，有望打造全球海上可再生能源直接海水制氫領域標桿。
謝和平院士團隊自2022年11月30日在Nature正刊發表海水制氫原創性成果后，破解了該領域近半個世紀的世界難題，被評為2022年中國科學十大進展。基于這一全新原理與技術，東方電氣集團與謝和平院士團隊專門研制了漂浮式海上制氫平臺（9m×7m×3.5m）以及海上風電智慧穩定供電系統。自2023年5月17日至26日，于福清市興化灣海域對接海上風電連續穩定運行10天，首次實現了海上風電無淡化海水直接電解制氫的海試成功。
由第三方技術檢測機構（四川質檢院）的檢測數據表明：本次海試制氫規模達1.3 Nm3H2/h，達到并超出設計值；電解能耗為5 kWh/Nm3H2；在3-8級海風、0.3-0.9米浪高的真實海洋環境下連續穩定運行10天后海水雜質離子阻隔率仍然高達99.99%以上（與純凈水直接電解制氫效果相當），制氫純度達到99.9% - 99.99%，穩定性良好。
本次海試的全新原理技術無需海水淡化過程的成本及工程投入、無需海水輸運過程的成本及工程投入、無需淡化后海水污染處理過程的成本及工程投入。故本原理技術成本僅是海上風電上網電價（0.2-0.3元/度）×單位制氫過程能耗（5 KWh/Nm3），即11.2-16.8元/kg H2，略高于煤制灰氫成本（9-12元/kg H2），明顯低于天然氣制藍氫成本（20-24元/kg H2）。隨著未來海上風電技術的進一步發展和上網電價下降，海水直接制氫成本有望低于煤制灰氫成本。本次海試是基于三套原理樣機（0.4 Nm3/套）并聯建立的設計值為1.2Nm3/h制氫規模的裝備系統，這次成功海試也可以作為未來實現并聯式（10→100 Nm3/h）大規模海水直接制氫的直接驗證。
“海上風電等可再生能源利用-海水氫能生產”漂浮式平臺
可再生能源海水無淡化原位直接電解制氫平臺
開創海水原位直接電解制氫全新路徑
海洋是地球上最大的氫礦，向大海要水是未來氫能發展的重要方向。然而，海水成分非常復雜（包含92種化學元素），還含有大量微生物和懸浮顆粒，導致有害腐蝕性和毒性、催化劑失活、電解效率低等諸多技術瓶頸與挑戰。
為此，以海水為原料制氫形成了海水直接制氫和間接制氫兩種不同的技術路線。其中，海水間接制氫本質上是淡水制氫，目前已在國內外（德國、荷蘭、挪威、日本、英國、大連等）開展規模化示范工程項目，如荷蘭PosHYdon海上綠氫試點項目、西門子歌美颯Brand Hydrogen風電制氫試點項目、德國Tractebel Overdick海上風電制氫平臺項目等；2020年以來，我國也先后開展海水間接制氫項目，如大連潔凈能源集團海水制氫產業一體化示范項目、明陽海洋能源立體化創新開發示范項目等。但該類技術嚴重依賴大規模淡化設備，工藝流程復雜且占用大量土地資源，進一步推高了制氫成本與工程建設難度。自1970年代初Williams提出海水直接電解制氫的概念以來，美國斯坦福大學、法國國家科學研究中心、澳大利亞阿德萊德大學、中國科學院等國內外知名研究團隊圍繞催化劑工程、膜材料科學等進行了大量探索研究。但是迄今為止的半個世紀以來，仍然未有突破性的理論與原理徹底避免海水復雜組分對電解制氫體系的影響，成為了近半世紀世界性難題。
針對前述挑戰，謝和平院士團隊通過將分子擴散、界面相平衡等物理力學過程與電化學反應結合，開創了海水原位直接電解制氫全新原理與技術，建立了氣液界面相變自遷移自驅動的海水直接電解制氫理論方法，形成了界面壓力差海水自發相變傳質的力學驅動機制，實現了無額外能耗的電化學反應協同海水遷移的動態自調節穩定海水直接電解制氫，徹底隔絕所有海水離子的同時實現了無淡化過程、無副反應、無額外能耗的規模化高效海水原位直接電解制氫，全面解決了多年困擾科技界和產業界的難題，完美破解了海水電解制氫領域的半世紀難題，實現了把取之不盡的海水當純水一樣直接用于電解制氫。該原理技術的發展將完全顛覆現有消耗純凈水電解制氫模式，迎來海水電解制氫2.0時代。正如Nature副主編Yohan Dall’Agnese高度評價：“很少有論文能夠令人信服地從海水中實現規模化穩定制氫，但該成果恰恰做到了這一點。他們完美地解決了有害腐蝕性這一長期困擾海水制氫領域的問題，將打開低成本燃料生產的大門，有望推動變革走向更可持續的世界。”
打造全球首個海上風電海水無淡化原位直接電解制氫示范工程
2022年12月16日，《Nature》論文發表后的僅僅16天，東方電氣便專項投入3000萬元研發經費，并與謝和平院士團隊聯盟合作，共同推進海水無淡化原位直接電解制氫產業化推廣應用。
本次東方電氣與謝和平院士團隊在福建省福清縣開展的1.2 Nm3H2/h的海水無淡化原位直接電解制氫海上示范，利用東方電氣興化灣58號10MW大型風力發電機供能，配備28kW輸出功率的儲能系統，實現了長達10天的穩定制氫，法拉第效率近乎100%，能耗、實驗效果與實驗室環境下的制氫效果相當。同時，聯合攻關團隊還利用本次海試機會，開展了真實海洋復雜環境下的海水直接制氫綜合性能測評，分析對比了與驗室制氫效果的關鍵差異，探索了海上可再生能源電力驅動下對電解制氫與相變遷移過程穩態平衡的影響，以及對電解設備核心材料及部件綜合性能的影響，獲取了寶貴的示范驗證數據，為《Nature》頂刊發表的前沿成果盡快“走出實驗室，走向產業化”探索了一條全新路徑。
海水無淡化原位直接電解制氫現場測試
謝和平院士指出：“這是我們邁向全球海水直接電解制氫新時代三步走策略當中的第一步也是關鍵一步。我們真正耦合了海上可再生能源，并在海洋真實、復雜的環境中實現了無需淡化的海水直接電解制氫。接下來，第二步我們將全力攻關第二代抗海洋環境干擾的海水直接電解制氫核心技術，迭代發展更高效、更高兼容性、更高穩定性的第二代核心技術及裝備，始終保持無淡化海水直接制氫的原理與技術領先優勢，引領全球非純水電解制氫新模式。第三步與東方電氣一起共同面向全球企業建立產業化聯盟來全面推進產業化，同時我們團隊將探索攻關第三代和第四代更規模化、更智能化的核心技術及裝備，引領海上風電等可再生能源與海水直接電解制氫一體化全新工業模式造福人類！”
此次海試成功充分標志著海水無淡化原位直接電解制氫在產業化進程上跨出了一大步，意味著正式邁入了海水直接電解制氫新時代。該技術的推廣應用將真正開辟集“海上風電等可再生能源利用-海水資源利用-氫能生產”為一體的全新海洋綠氫工業體系，可望形成無淡化、無額外催化劑工程、無海水輸運、無污染處理的原位海水直接電解制氫全新模式，真正意義上將取之不盡的“海水資源”轉化為“海水能源”。同時未來可構建與海上可再生能源相結合的一體化原位海水制氫工廠，成為近深遠海可再生電力大規模開發的破局關鍵，加速推進形成多能互補的中國原創“海洋綠氫”全球新興戰略產業，并助力我國形成從獨創性原理、顛覆性技術、國產化裝備到特色電解制氫工業模式的全鏈條式零碳氫能發展路徑，提供碳中和路徑下的零碳能源中國方案、中國智慧、中國標準。
